高溫的真空釬焊爐

一、真空釬焊爐是一種在高真空環(huán)境（通常低于10?2 Pa ~ 10?? Pa甚至更高）和精確控溫條件下，利用熔點低于母材的釬料（釬料）熔化后，通過毛細作用填充接頭間隙，從而實現(xiàn)工件冶金連接的*熱加工設(shè)備。

它集成了真空技術(shù)、加熱技術(shù)、溫度測控技術(shù)和冷卻技術(shù)，是現(xiàn)代航空航天、電子電力、核能工業(yè)等領(lǐng)域重要的關(guān)鍵設(shè)備，被譽為制造的“工業(yè)母機"之一。

二、 核心工作原理

真空釬焊的過程可以簡化為以下幾個步驟：

1. 裝爐：將清洗干凈的工件和預(yù)先放置好的釬料（箔、絲、粉或噴涂層）裝入爐內(nèi)有效加熱區(qū)。

2. 抽真空：啟動真空系統(tǒng)，將爐腔內(nèi)的空氣和雜質(zhì)氣體抽出，直至達到工藝要求的高真空度。此步驟至關(guān)重要，用于：

    防止工件（特別是鈦、鋯、不銹鋼、高溫合金等活性材料）在高溫下被氧化。

   去除工件表面和釬料表面的氧化物（“凈化"作用），顯著提高釬料的潤濕性和流動性。

  排除氣體對熱傳導(dǎo)的干擾，保證爐溫均勻性。

3. 加熱與釬焊：在真空環(huán)境下，按預(yù)設(shè)的釬焊工藝曲線（包括升溫速率、釬焊溫度、保溫時間等）對工件進行加熱。當溫度達到釬料熔點時，釬料熔化并充分填滿工件之間的縫隙。

4. 冷卻：完成保溫后，按設(shè)定的冷卻速率（通常通過爐內(nèi)充入高純惰性氣體，如氮氣或氬氣，進行強制冷卻）將工件冷卻至出爐溫度。

5. 出爐：當爐內(nèi)溫度降至安全范圍且恢復(fù)常壓后，取出完成釬焊的組件。

三、 設(shè)備主要組成部分及詳細介紹

一臺標準的真空釬焊爐通常由以下幾大系統(tǒng)構(gòu)成：

1. 爐體系統(tǒng)

  爐殼：雙層水冷結(jié)構(gòu)的不銹鋼真空容器，夾層通冷卻水以保護爐殼不受高溫影響。

  隔熱屏/熱區(qū)：位于爐殼內(nèi)部，用于隔絕高溫，減少熱損失，并形成均勻的加熱區(qū)。常見材料有：

  全金屬輻射屏：由多層鉬、不銹鋼、鎢等金屬板組成。堅固耐用，不易放氣，易于獲得高真空，常用于高溫爐（>1100°C）。

   石墨硬氈/軟氈隔熱層：由碳纖維或軟質(zhì)石墨氈制成。隔熱效果好，熱容量小，節(jié)能且升降溫速度快，廣泛應(yīng)用于中高溫爐。

2. 加熱系統(tǒng)

   加熱元件：布置在隔熱屏內(nèi)部，是發(fā)熱的核心部件。材料選擇取決于最高工作溫度：

   石墨：常用于1200°C ~ 2000°C以上的高溫爐，性價比高。

  鉬：用于1000°C ~ 1700°C，高溫強度好，無揮發(fā)。

   不銹鋼：用于較低溫度范圍（<1000°C）。

  電源與控溫：大功率調(diào)功器或變壓器為加熱器供電，配合多區(qū)控溫（通常在加熱區(qū)頂部、底部、側(cè)面布置多個測溫點）和智能PID調(diào)節(jié)，確保爐內(nèi)溫度均勻性（如±5°C甚至更高）。

3. 真空系統(tǒng)

   這是真空爐的“心臟"，通常采用多級泵組串聯(lián)的形式：

    前級泵（機械泵）：從大氣壓開始抽氣，獲得低真空。

   羅茨泵：在機械泵基礎(chǔ)上，提高抽氣效率，快速跨越低真空區(qū)間。

  主泵（擴散泵 / 分子泵 / 低溫泵）：獲得高真空和超高真空的核心。

   油擴散泵：抽速大，維護簡單，成本較低，但存在極微量油蒸汽污染的風險。

    渦輪分子泵：清潔無油，能獲得很高的真空度，是現(xiàn)代高性能真空釬焊爐的主流選擇。

   真空測量系統(tǒng)：配備電阻規(guī)（低真空） 和電離規(guī)（高真空），實時監(jiān)測并顯示爐內(nèi)真空度。

4. 水冷系統(tǒng)

   獨立的循環(huán)冷卻系統(tǒng)，為爐殼、電極、真空泵等所有需要散熱的部件提供冷卻保障，確保設(shè)備安全運行。

5. 充氣系統(tǒng)

  用于在冷卻階段向爐內(nèi)充入高純惰性氣體（N?, Ar），實現(xiàn)對工件的強制快速冷卻（氣淬）。

6. 控制系統(tǒng)

   現(xiàn)代真空釬焊爐均采用PLC（可編程邏輯控制器） + 觸摸屏（人機界面HMI） 的自動化控制系統(tǒng)。

  功能：可實現(xiàn)全自動或手動操作，編輯、存儲和調(diào)用釬焊工藝曲線，實時監(jiān)控并記錄所有工藝參數(shù)（溫度、真空度、壓力、冷卻水流量等），具備故障診斷和報警功能，并可生成數(shù)據(jù)報告，滿足航空航天等行業(yè)對工藝可追溯性的嚴苛要求。

四、 技術(shù)優(yōu)勢與特點

無氧化、無污染：真空環(huán)境避免了工件在高溫下的氧化、脫碳、增碳等現(xiàn)象，焊點光亮潔凈，無需后續(xù)清洗。

接頭質(zhì)量高：釬縫致密性好，強度高，缺陷少，可實現(xiàn)精密、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的一次性多縫釬焊。

去氣凈化作用：能有效去除工件吸附的氫、氧等氣體，提高焊件的力學性能和抗腐蝕能力。

工藝穩(wěn)定可控：自動化程度高，工藝參數(shù)精確可重復(fù)，非常適合大規(guī)模、高質(zhì)量的一致性生產(chǎn)。

環(huán)保安全：無釬劑，無廢氣、廢液排放，工作環(huán)境友好。

五、 主要應(yīng)用領(lǐng)域

航空航天：發(fā)動機葉片、蜂窩結(jié)構(gòu)、導(dǎo)管、雷達波導(dǎo)、熱交換器等。

 電子電力：IGBT功率模塊、微波器件、真空繼電器、太陽能集熱板等。

汽車工業(yè)：鋁合金熱交換器（水箱、蒸發(fā)器、冷凝器）、渦輪增壓器中間殼等。

 醫(yī)療器械：手術(shù)器械、植入物、牙科器械等。

工具與模具：硬質(zhì)合金刀具、鉆具、鋸片的釬焊。

 核能工業(yè)：核燃料元件、核反應(yīng)堆部件。

六、 選型指南（如何選擇？）

選擇真空釬焊爐時，需綜合考慮以下關(guān)鍵參數(shù)：

1. 有效加熱區(qū)尺寸（W×H×D）：根據(jù)最大工件尺寸確定。

2. 最高工作溫度：根據(jù)釬料熔點和工藝要求選擇（常見有1200°C, 1350°C, 1700°C等）。

3. 極限真空度：通常要求達到10?3 Pa ~ 10?? Pa或更高，以滿足高質(zhì)量釬焊需求。

4. 壓升率/漏率：衡量爐體密封性能的關(guān)鍵指標，越低越好（如<0.67 Pa/h）。

5. 溫度均勻性：±5°C是高標準，直接影響釬焊質(zhì)量的一致性。

6. 冷卻速率：氣淬壓力越高（如2bar, 5bar, 10bar），冷卻速度越快，生產(chǎn)效率越高。

7. 控制系統(tǒng)：要求自動化程度高，數(shù)據(jù)記錄功能完整，操作簡便。

8. 品牌與服務(wù)：選擇技術(shù)實力雄厚、售后服務(wù)完善的供應(yīng)商至關(guān)重要。

 真空釬焊爐是制造領(lǐng)域的核心裝備，其技術(shù)含量高，工藝復(fù)雜。它通過創(chuàng)造純凈的高溫環(huán)境，解決了眾多高活性、高精度材料的連接難題，為航空航天、新能源等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了堅實的技術(shù)保障。在選擇和使用時，必須深入理解其工作原理和自身工藝需求，才能發(fā)揮其最大效能。